Als Hydrierte Pflanzenöle (HVO, englisch Hydrogenated oder Hydrotreated Vegetable Oils) werden Pflanzenöle bezeichnet, die durch eine katalytische Reaktion mit Wasserstoff (Hydrierung) in Kohlenwasserstoffe umgewandelt werden. Durch diesen Prozess werden die Pflanzenöle in ihren Eigenschaften an fossile Kraftstoffe (insbesondere Dieselkraftstoff) angepasst, damit sie diese als Beimischung ergänzen oder auch vollständig ersetzen können.
| Hydriertes Pflanzenöl | |||||
|---|---|---|---|---|---|
| Andere Namen | HVO | ||||
| Handelsnamen | Neste MY Renewable Diesel, C.A.R.E. Diesel | ||||
| Kurzbeschreibung | Pflanzenölbasierte Kraftstoffkomponente oder Kraftstoff | ||||
| Herkunft | biogen, synthetisch | ||||
| Charakteristische Bestandteile | Alkane, linear und verzweigt | ||||
| Eigenschaften | |||||
| Aggregatzustand | flüssig | ||||
| Dichte | 775–785 kg/m3 | ||||
| Heizwert | 44 MJ/kg | ||||
| Cetanzahl | 70–90 | ||||
| Flammpunkt | > 60 °C | ||||
| Sicherheitshinweise | |||||
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| UN-Nummer | 1202 | ||||
| Gefahrnummer | 30 | ||||
| Soweit möglich und gebräuchlich, werden SI-Einheiten verwendet. Wenn nicht anders vermerkt, gelten die angegebenen Daten bei Standardbedingungen. |
Herstellung Bearbeiten
Hydrierte Pflanzenöle können sowohl in bestehenden Raffinerien gemeinsam mit anderen Fetten und Mineralölkomponenten sowie in eigenen Pflanzenölanlagen hergestellt werden.
Hydrierung in Mineralölraffinerien Bearbeiten
Bei der Hydrierung in Mineralölraffinerien werden dem bei der Aufarbeitung des mineralischen Rohöls entstehenden Vakuumgasöl Pflanzenöle wie bsp. Rapsöl in Anteilen bis zu 30 Prozent beigemischt.
Im anschließenden Hydrotreating werden dann diese Pflanzenöle gemeinsam mit der Mineralölfraktion chemisch modifiziert, indem die so genannten Heteroatome wie Schwefel, Sauerstoff und Stickstoff unter Einbindung von Wasserstoff entfernt werden. Neben den aus den Pflanzenölen produzierten Kohlenwasserstoffen entstehen entsprechend als Nebenprodukte Schwefelwasserstoff (H2S), Wasser (H2O) und Ammoniak (NH3). Die Kohlenwasserstoffe werden in einem anschließenden Schritt (Hydrocracking) erneut unter Wasserstoffeinbindung in kleinere Ketten gespalten (Cracken), wobei Methan (CH4), Propan (C3H8) und Wasser als Nebenprodukte entstehen.
In einem moderneren Verfahren wird auf das Hydrocracking verzichtet und die Triglyceride werden nach der Zugabe des Pflanzenöls in einem als Mitteldestillatentschwefelung bezeichneten Verfahren gespalten. Auf diese Weise ist es möglich, Kraftstoffe mit einem Rapsölanteil von 10 bis 30 Prozent herzustellen, wobei das Pflanzenöl in Form von Paraffinen (Mischungen aus gesättigten Kohlenwasserstoffketten) vorhanden ist. Die Biologische Abbaubarkeit der Pflanzenöle geht in dem Prozess verloren, zudem steigt der Bedarf an Wasserstoff für die Hydrierungsprozesse im Vergleich einer reinen Mineralölraffination.
Pflanzenölanlagen Bearbeiten
Hydriertes Pflanzenöl kann neben der Verarbeitung in der Mineralölraffinerie auch in speziell für Pflanzenöle und fetthaltige Rest- und Abfallstoffe konstruierten Anlagen erfolgen. Die am weitesten fortgeschrittene Technologie ist das Verfahren zur Herstellung des als NExBTL bekannten Kraftstoffs des finnischen Unternehmen Neste Oil. Während in der Anfangszeit vorwiegend Palmöl zur Herstellung verwendet wurde, konnte der Palmölanteil auf ca. 20 % reduziert werden. Aus technischer Sicht könnte gänzlich auf Palmöl verzichtet werden, für die Herstellung kommen über 10 verschiedene Rohstoffe infrage.
Für das Verfahren werden die Pflanzenöle und andere Fette vorbehandelt, indem Feststoffe und Wasser aus den Ölen abgeschieden werden. Dieser Prozess erfolgt analog zur Raffination von Pflanzenöl oder zur Biodieselproduktion. Daran anschließend erfolgt ein Hydrotreating-Verfahren in speziellen Festbettreaktoren mit Kobalt- oder Nickelmolybdän-Katalysatoren bei Temperaturen von 350 bis 450 °C und einem Wasserstoffpartialdruck von 48 bis 152 bar, bei dem der Kraftstoff entsteht.
Für die Umwandlung werden etwa 1,23 Tonnen Pflanzenöl für eine Tonne Kraftstoff eingesetzt, als Nebenprodukt entsteht vor allem Brenngas.
Eigenschaften Bearbeiten
Die bei der Mineralöldestillation aus den Pflanzenölen hergestellten Paraffine bestehen aus Mischungen von unterschiedlich langen gesättigten Kohlenwasserstoffketten. Die Dichte dieser hydrierten Pflanzenöle liegt bei etwa 780 kg/m3 und ist damit gegenüber mineralischen Dieselkraftstoff deutlich niedriger, die Cetanzahl liegt mit Werten um 70 und bis zu 99 deutlich höher als die von Dieselkraftstoff, Biodiesel und reinem Pflanzenölkraftstoff. Der in diesem Prozess hergestellte Kraftstoff, der teilweise auf Mineralöl und teilweise auf Pflanzenölen basiert, erfüllt bei entsprechender Prozessführung die Anforderungen der Normung für Dieselkraftstoff und kann entsprechend genutzt werden.
Der NExBTL-Kraftstoff besitzt aufgrund der fehlenden Mineralölkomponenten eine niedrigere Gesamtdichte von 775 bis 785 kg/m3 als diese für Dieselkraftstoff vorgeschrieben ist. Er ist frei von Sauerstoff, Stickstoff, Schwefel und Aromaten.
Wirkung der Beimischung Bearbeiten
Die Produktion von hydrierten Pflanzenölen (und tierischen Fetten) soll vor allem für die Beimischung zu bestehenden Kraftstoffen für Automobilantriebe erfolgen, wobei insbesondere eine Beimischung zu Dieselkraftstoffen im Fokus steht. Aufgrund der fehlenden Erfahrungen mit hydrierten Pflanzenölen gibt es bislang kaum Untersuchungen zu den veränderten Kraftstoffeigenschaften, nach Kaltschmitt et al. zeichnet sich jedoch für Dieselkraftstoffe eine Verringerung der Abgasemission durch die Beimischung ab.
Care Diesel Bearbeiten
Ein auf hauptsächlich HVO basierender Treibstoff wird auch als C.A.R.E. Diesel® vermarktet, verfügt aber in Deutschland derzeit über keine Kraftstoffzulassung.
Eisenbahn Bearbeiten
Im Eisenbahnbereich findet der Treibstoff HVO 100 Einsatz als Ersatz von Dieselkraftstoff auf nicht-elektrifizierten Eisenbahnstrecken, womit 90 % der CO2-Emissionen eingespart werden sollen. DB Energie verwendet aus Europa importiertes HVO, welches ohne Palmöl und Palmfettsäure-Destillate auskommt. Bei der Deutschen Bahn sind erste Betriebsteile auf HVO umgestellt:
- seit Juli 2022 bei DB Fernverkehr der Sylt Shuttle (plus) zwischen Sylt und dem schleswig-holsteinischen Festland
- seit September 2022 bei DB Regio Baden-Württemberg die Netze Aulendorfer Stern und Donau-Ostalb (57 Fahrzeuge) zwischen Ulm, Bodensee und Basel
- seit Oktober 2022 das Netz der DB Kurhessenbahn in Nordhessen und Westfalen (30 Fahrzeuge)
- seit 2022 stellt DB Cargo die gesamte dieselbetriebene Flotte in Deutschland auf HVO um, auch bei DB Cargo UK gab es bereits Tests mit HVO
- seit Juni 2023 existiert bei DB Regio in Fröndenberg/Ruhr ein mobiler Tankcontainer zur Betankung der Züge des Sauerlandnetz mit HVO.
- seit Juli 2023 stellt die KVG in Schöllkrippen in Zusammenarbeit mit DB Energie HVO für den Betrieb der Westfrankenbahn auf der Kahlgrundbahn zur Verfügung.
Literatur Bearbeiten
- Hydrierung. In: Martin Kaltschmitt, Hans Hartmann, Hermann Hofbauer (Hrsg.): Energie aus Biomasse. Grundlagen, Techniken und Verfahren. Springer Verlag, Berlin und Heidelberg 2009; S. 746–748. ISBN 978-3-540-85094-6
Einzelnachweise Bearbeiten
- ↑ Sicherheitsdatenblatt. 1. Oktober 2019, abgerufen am 12. Dezember 2019 (englisch).
- Sustainably produced palm oil. 29. März 2016, abgerufen am 12. Dezember 2019 (englisch).
- Renewable raw materials. 18. März 2016, abgerufen am 12. Dezember 2019 (englisch).
- C.A.R.E. Diesel®
- Medienbericht: Behörden lassen sauberen Diesel nicht zu
- Versorgung Biokraftstoff HVO 100. DB Energie, abgerufen am 12. Januar 2023.
- ↑ Biokraftstoff HVO. DB Regio, September 2022, abgerufen am 12. Januar 2023.
- Wir stellen um: 57 Züge tanken statt Diesel sauberen Biokraftstoff. DB Regio Baden-Württemberg, abgerufen am 12. Januar 2023.
- Grüner unterwegs in Hessen und NRW: DB Regio und NVV setzen bei der Kurhessenbahn auf Biokraftstoff. DB Energie, 18. November 2022, abgerufen am 12. Januar 2023.
- Neuer Biokraftstoff für das Klima bei DB Cargo. Deutsche Bahn, 7. März 2022, abgerufen am 12. Januar 2023.
- Auf dem grünen Weg. DB Cargo, 3. Januar 2023, abgerufen am 12. Januar 2023.
- Grüner unterwegs in NRW: DB Regio setzt im Sauerland erstmals auf Biokraftstoff. DB Regio, 28. Juni 2023, abgerufen am 19. Oktober 2023.
- LOK Report - Bayern: HVO-Einführung auf der Kahlgrundbahn. Abgerufen am 24. Juli 2023 (deutsch).